基于三菱FX3U—32M PLC八段數(shù)碼顯示與天塔之光的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

董健

摘要：本文利用三菱XK-SX5C型自動(dòng)化綜合控制實(shí)訓(xùn)裝置和FX3U-32M PLC的邏輯控制梯形圖編程，實(shí)現(xiàn)了八段數(shù)碼顯示與天塔之光的循環(huán)顯示，達(dá)到了八段數(shù)碼與天塔之光的完美結(jié)合。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制；可編程控制器；八段數(shù)碼顯示

1.引言

霓虹燈是城市的美容師，每當(dāng)夜幕降臨時(shí)，華燈初上，五顏六色的霓虹燈就把城市裝扮得格外美麗；節(jié)日彩燈、舞廳燈、卡拉OK廳、酒吧、櫥窗、家庭的裝飾燈等，燈光交替閃耀，可給節(jié)日晚上（尤其是舞會(huì)）增加不少光彩和歡快氣氛；噴泉效果，有多種造型、奇特圖案、令人眼花繚亂、目不暇接。燈光控制也是PLC的強(qiáng)項(xiàng)之一，其功能強(qiáng)大，變換無窮，其電路可反復(fù)使用。天塔之光是利用彩燈對塔形建筑物進(jìn)行裝飾，從而達(dá)到烘托效果。這實(shí)際上是考慮了PLC輸出的空間效果（上下、內(nèi)外等）和時(shí)間順序（先后），而針對不同的場合對彩燈的運(yùn)行方式也有不同的要求，對于要求彩燈有多種不同運(yùn)行方式的情況下，采用PLC中的一些特殊指令來進(jìn)行控制就顯得尤為方便。本實(shí)例中，結(jié)合三菱XK-SX5C型自動(dòng)化綜合控制鐵塔（天塔）之光的控制要求：PLC運(yùn)行后，燈光自動(dòng)開始顯示，有時(shí)每次只亮一盞燈，順序從上向下，或是從下向上；有時(shí)從底層從下向上全部點(diǎn)亮，然后又從上向下熄滅。運(yùn)行方式多樣，學(xué)生可自行設(shè)計(jì)。具體講，共有8盞燈，每燈亮1s，順序依次為L1→L2→L3→L4→L5→L6→L7→L8→L9→L8→L7→L6→L5→L4→L3→L2→L1，在燈亮的同時(shí)，用數(shù)碼管顯示燈的編號(hào)，循環(huán)往復(fù)。文中提出了幾種控制方案，并對方案做了比較，目的是能靈活應(yīng)用各類指令，解決實(shí)際問題。

2.八段數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)

50年前人們已經(jīng)了解半導(dǎo)體材料可產(chǎn)生光線的基本知識(shí)，第一個(gè)商用二極管產(chǎn)生于1960年。LED是英文light emitting diode（發(fā)光二極管）的縮寫，它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。

發(fā)光二極管的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就能發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。

LED使用低壓電源，特別適用于公共場所；效能高；可以制備成各種形狀的器件；可工作約10萬小時(shí)；響應(yīng)時(shí)間快，為納秒級；對環(huán)境無污染；改變電流可以變色；價(jià)格比較昂貴?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，LED在儀器儀表的指示光源、交通信號(hào)燈、計(jì)量、大面積顯示屏、汽車信號(hào)燈、全彩顯示屏等領(lǐng)域都得到了應(yīng)用。

八段數(shù)碼發(fā)光管就是8個(gè)發(fā)光二極管組成的，在空間排列成為8字型帶個(gè)小數(shù)點(diǎn)，只要將電壓加在陽極和陰極之間相應(yīng)的筆畫就會(huì)發(fā)光。8個(gè)發(fā)光二極管的陰極并接在一起，8個(gè)陽極分開，接控制端，因此稱為共陰八段數(shù)碼管。另一種是8個(gè)發(fā)光二極管的陽極都連在一起的，稱之為共陽極LED顯示器。通常用LED數(shù)碼顯示器來顯示各種數(shù)字或符號(hào)。

3.方案比較

針對引言部分提出的控制要求，我們可以采用以下幾種方案完成。方案一：采用邏輯分析法，依次設(shè)計(jì)。程序中使用了較多的定時(shí)器，T0負(fù)責(zé)全程，依次減小控制范圍，直到T15，周期為16秒。該方法指令的條數(shù)多，程序占據(jù)的步多，執(zhí)行周期慢一些，定時(shí)器的個(gè)數(shù)多，容易混淆。方案二：使用移位指令。程序中有如定時(shí)器T1控制的1s時(shí)鐘程序，與大循環(huán)同步，另一個(gè)定時(shí)器T0控制大循環(huán)，分前半周期（T0小于等于K82），后半周期（T0大于K84）。該方案中設(shè)置大循環(huán)、小循環(huán)，段驛碼等指令，需要對應(yīng)用指令應(yīng)用熟練，并且邏輯思辨能力要強(qiáng)。方案三：利用置位、復(fù)位指令，將控制要求分為若干個(gè)狀態(tài)，利用仿STL思想進(jìn)行狀態(tài)法編程。該種方案編程思路清楚，不容易出錯(cuò)，并且由于采用的是順序控制的思路，很好查詢故障。但是該種方案一定是建立在對順序控制思想相當(dāng)深入的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，并且能從中抽象出仿順控的控制思想并靈活應(yīng)用。方案四：采用比較傳送指令，一個(gè)循環(huán)周期是16秒，采用一個(gè)16秒的定時(shí)器，以10秒為區(qū)間劃分，通過定時(shí)器的區(qū)間比較，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的輸出（比如如果K0≤T0≤K10，則L1亮，同時(shí)數(shù)碼管顯示1。），該方案用到的定時(shí)器只有一個(gè)，思路常規(guī)，便于理解，只要在應(yīng)用傳送時(shí)，將要傳送數(shù)值對應(yīng)的十進(jìn)制或者十六進(jìn)制數(shù)（此處由于占據(jù)的位數(shù)比較多，采用16進(jìn)制表征比較方便），準(zhǔn)確表達(dá)，送給要傳送的位組合數(shù)據(jù)即可。

4.硬件接線及I/0分配

5.比較傳送方案的設(shè)計(jì)思路及調(diào)試結(jié)果

分析：該循環(huán)周期為16秒，利用T0實(shí)現(xiàn)。以L2為例，說明編程思路。L2在第2秒內(nèi)和第16秒內(nèi)亮并顯示2。用T0大于等于10且小于20表示第2秒內(nèi)，T0大于等于150且小于160表示第16秒內(nèi)。這樣對于其他字的顯示，依次類推。當(dāng)然保證每一次控制字的表達(dá)正確。改方案中只用了一個(gè)定時(shí)器T0，并且用其自身的常閉觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)自身的線圈，構(gòu)造一個(gè)16秒的周期，這種方法在構(gòu)造周期電路鎖定時(shí)間時(shí)簡潔有效。

按照該思路程序編寫完成后，將PLC上電，同時(shí)撥碼開關(guān)置于RUN狀態(tài)，每燈亮1s，順序依次為L1→L2→L3→L4→L5→L6→L7→L8→L9→L8→L7→L6→L5→L4→L3→L2→L1，在燈亮的同時(shí)，用數(shù)碼管顯示燈的編號(hào)，循環(huán)往復(fù)。

6.結(jié)語

此處探究實(shí)現(xiàn)了傳送指令、一個(gè)定時(shí)器鎖定周期并在周期內(nèi)通過區(qū)間劃分作比較，等指思想實(shí)現(xiàn)了天塔之光與數(shù)碼管的結(jié)合，結(jié)果呈現(xiàn)后，經(jīng)過反思比較，編程可以做如下改進(jìn)，：八段驛碼的顯示通過應(yīng)用指令八段驛碼指令SEGD實(shí)現(xiàn)減少指令的輸入，事半功倍。

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